- •Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України Харківський національний університет
- •Зміст програми Вступ
- •Хімічна рівновага
- •Органічні реагенти в аналітичній хімії
- •Основні метрологічні характеристики методів визначення
- •Методи визначення
- •Методи визначення
- •Титриметрія
- •Кислотно-основне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •Окисно-відновлювальне титрування
- •Птичні методи аналізу Молекулярна абсорбційна спектрометрія (спектрофотометрія)
- •Атомно-емісійний аналіз і фотометрія полум’я
- •Атомно-абсорбційна спектрометрія
- •Електрохімічні методи аналізу
- •Хроматографічні методи аналізу
- •Біологічні методи аналізу
- •Біохімічні методи аналізу
- •Закінчення
- •Навчальна література
- •1. Аналітична хімія. Загальні поняття і визначення
- •Класифікація методів аналізу, що грунтується на кількості речовини аналіту
- •2. Якісний аналіз. Загальні відомості
- •3. Тeхнікa роботи у лабораторії
- •4. Органічні реагенти у неорганічНому аналізі
- •Характерні групи атомів у органічних реагентах
- •Використання органічних реагентів у аналізі
- •5. Закон дії мас. Алгебра хімічних реакцій
- •Позначення констант рівноваг
- •2. Константи кислотно-основних рівноваг (продовження)
- •Реакції кислотної дисоціації – зворотні до наведених:
- •6. Концентраційно-логарифмічні діаграм (клд)
- •7. Розрахунки рівноважного складу розчинів
- •Метод матеріального балансу при розрахунках рівноважного складу розчинів
- •Приклади обчислень рівноважних концентрацій розчинів за схемою Комаря м. П.
- •8. Буферні розчини
- •9. Лабораторні роботи з якісного аналізу Аналіз катіонів за кислотно-основною схемою
- •Взаємодія катіонів із деякими реагентами
- •Лабораторна робота № 1. Реакції катіонів 1-ї групи. Оформлення записів у лабораторних журналах
- •Зразок запису результатів дослідження властивостей об’єктів у лабораторному журналі
- •Pеaкцiї катіонів l-ї аналiтичної групи
- •Лабораторна робота № 2.
- •2.3.3. Мікрокристалоскопічна реакція на кальцій
- •Peaкції катіонів 2-ї aнaлiтичної групи
- •Лабораторна робота № 3. Аналіз катіонів 1-2-ї груп.
- •3‑Я групa катіонів
- •Приклад звітної картки для катіонів 1-ї та 2-ї груп
- •Лабораторна робота № 4. Реакції катіонів 3-ї групи.
- •4.1. Алюміній
- •4.2. Цинк (іі)
- •4.3. Хром
- •4.4. Станум (іі) та станум (іv)
- •Реакції катіонів 3-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 5. Аналіз катіонів 3-ї групи.
- •4‑A групa катіонів
- •Лабораторна робота № 6. Реакції катіонів 4-ї групи.
- •6.1. Ферум (іі) та ферум (ііі)
- •6.2. Бісмут (ііі)
- •6.3. Манган
- •Реакції катіонів 4-ї аналітичної групи
- •6.4. Стибій (ііі) та стибій (V)
- •Лабораторна робота № 7. Реакції катіонів 5-ї групи.
- •7.1. Купрум (іі)
- •7.2. Кадмій (іі)
- •7.4. Кобальт (іі)
- •7.5. Магній (іі)
- •Реакції катіонів 5-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 8. Аналіз катіонів 4-5 груп.
- •9.1. Натрій
- •9.3. Амоній
- •Реакції катіонів 6-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 10. Аналіз катіонів 6-ї групи.
- •Окисно-відновні властивості аніонів
- •Класифікація аніонів за реакціями осадження
- •Лабораторна робота № 11. Реакції аніонів.
- •11.1. Попередні випробування
- •11.1.3. Проби на присутність аніонів‑відновників.
- •Лабораторна робота № 12. Аналіз аніонів.
- •Коментарі до звітної картки (табл. 16)
- •Хід аналізу аніонів (р0 – вихідна суха речовина,
- •Питання до колоквіуму за темою «якісний аналіз катіонів та аніонів»
- •Кислотно-основна схема систематичного аналізу катіонів
- •Інші схеми систематичного аналізу катіонів
- •Систематичний якісний аналіз аніонів
- •Теорія похибок і статистична обробка результатів вимірювань
- •Теоретичні значення q – критерію. При різних довірчих імовірностях р
- •Значення критерію грубої похибки β
- •Значення t-критерію Стьюдента
- •Значення критерію фішера,
- •1. Гравіметричний аналіз
- •1.1. Терези і принцип зважування
- •Конструкція аналітичних терезів
- •1.2. Порядок зважування на терезах типу влр-200.
- •Лабораторна робота № 1.1. Гравіметричне визначення води в твердих тілах. (для самостійного ознайомлення)
- •2. Підготовка до роботи
- •3. Обладнання
- •4. Хід роботи
- •5. Обробка результатів
- •Умови висушування деяких кристалогідратів
- •Література
- •2.Титриметрія
- •2.1. Загальні відомості
- •2.2. Мірний посуд та робота з ним
- •Час витікання рідини (за стандартом дсту)
- •2.2.1. Перевірка місткості посуду
- •Поправки для об’ємів (в см3), що виміряні мірним посудом (каліброваним для температури 20 °с), якщо ним користуються при різних температурах
- •Лабораторна робота № 2.1. Перевірка місткості посуду. (для самостійного ознайомлення)
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хід роботи
- •3. Приклад розрахунків
- •2.3. Кислотно-основне титрування
- •Лабораторна робота № 2.2. Стандартизація розчину хлороводневої кислоти.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хід роботи
- •3. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.3. Титрування сумішей NaOh, Na2co3, NaHco3.
- •1. Попередні зауваження
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Залежно від постановки задачі, ці маси перераховуємо, зважаючи на те:
- •Лабораторна робота № 2.4. Титриметричне визначення аміаку в амонійних солях.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •Відкривають кран (4) і через лійку вводять у колбу для дистиляції 25 мл розчину гідроксиду натрію. Кран закривають, не допускаючи втрати через нього газоподібного аміаку.
- •4. Обробка результатів
- •2.4. Комплексонометричне титрування
- •Лабораторна робота № 2.5. Стандартизація розчину едта.
- •1.Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.6. Визначення цинку й алюмінію в алюмінієвому стопі.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви та обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •2.5. Окислювально-відновлювальне титрування
- •Лабораторна робота № 2.8. Стандартизація розчину тіосульфату.
- •1. Загальні відомості
- •А. Стандартизація за наважками кристалічного іоду
- •2А. Реактиви й обладнання:
- •3А. Хід роботи
- •4А. Обробка результатів
- •Б. Стандартизація за наважками дихромату калію
- •2Б. Реактиви й обладнання:
- •3Б. Хід роботи
- •4Б. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.9. Іодометричне визначення міді.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання:
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.10. Визначення аскорбінової кислоти у фруктових соках.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання:
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Кислотно-основне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •3. Електрохімічні методи аналізу
- •3.1. Потенціометричний метод аналізу
- •3.1.1. Теоретичні основи потенціометрії
- •3.1.2. Вимірювання потенціалу
- •Класифікація іоноселективних електродів
- •Лабораторна робота № 3.1. Вимірювання рН водяних розчинів методом іонометрії.
- •3.2. Порядок вимірювань Схему приладу наведено на рис. 3.2. Вимірюють у режимі ерс («mV») і вузькому піддіапазоні («-1-4»).
- •4. Хід роботи
- •Лабораторна робота № 3.2. Визначення фторидів у зубній пасті методом іонометрії.
- •1. Загальні відомості
- •3. Алгоритм вимірювань
- •Лабораторна робота № 3.3. Біхроматометричне визначення заліза в окалині, продуктах корозії та інших матеріалах.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •Шпателі, скляні палички.
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Література
- •Оптичні методи аналізу
- •4.1. Атомна спектроскопія
- •4.2. Атомно-емісійний метод аналізу Лабораторна робота № 4.1. Визначення калію та натрію в мінеральних водах методом полум'яно-емісійної спектрометрії.
- •1. Загальні відомості
- •2. Стандартні розчини
- •3. Підготовка полум’яного фотометра до роботи градуювання
- •4. Аналіз зразка води
- •4.3. Атомно-абсорбційна спектрометрія
- •Лабораторна робота № 4.2. Атомно-абсорбційне визначення міді, цинку та марганцю в соках і водах.
- •1. Загальні відомості
- •2. Апаратура, реактиви, розчини
- •4.4. Спектрофотометрія
- •Лабораторна робота № 4.3. Спектрофотометричне визначення загальної концентрації іонів феруму в мінеральній воді з о-фенантроліном.
- •1. Загальні відомості
- •2. Прилади, матеріали, реактиви
- •3. Визначення градуювальної залежності
- •4. Аналіз зразка води
- •5. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 4.4. Спектрофотометричне визначення летких фенолів. Визначення загальної кількості летких фенолів у стічній воді у перерахунку на c6h5oh.
- •2. Прилади, матеріали, реактиви
- •Фенол, стандартний розчин 0,94 г/л; 9,4 мг/л (розчин фенолу з масовою концентрацією 9,4 мг/л, готують перед застосуванням, розводячи розчин з масовою концентрацією 9,4 г/л).
- •3. Визначення градуювальної залежності
- •4. Попередня підготовка проби
- •5. Вимірювання вмісту фенолів
- •6. Обробка результатів
- •5. Вибрані кінетичні методи аналізу
- •Лабораторна робота № 5.1. Визначення вмісту формальдегіду в розчинах кінетичним методом.
- •1. Сутнiсть методики
- •2. Алгоритм методики
- •2.1. Прилади й реагенти
- •2.2. Побудова градуювального графiка
- •2.3. Вимiрювання невiдомої концентрацiї
- •Лабораторна робота № 5.2. Визначення вмісту хрому (VI) в розчинах кінетичним методом.
- •1. Сутнiсть методики
- •2. Алгоритм методики
- •2.1. Прилади та реагенти
- •2.2. Побудова градуювального графiка
- •2.3. Визначення концентрацiї хрому в дослiджуваному розчинi
- •Література
- •6. Хроматографічні методи аналізу
- •Лабораторна робота № 6.1. Розділення нейтральних хелатів (комплексів металівіз органічним лігандом) методом тшх.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Одержання екстрактів комплексів
- •3. Хроматографування
- •Лабораторна робота № 6.2. Розділення амінокислот методом тшх.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хроматографування
- •7. Біологічні та біохімічні методи аналізу
- •Приклади використання біологічних методів для визначення різних сполук
- •Приклади використання ферментів для визначення їх субстратів (I) і інгібіторів (II)
- •Вибрані логарифми констант рівноваг Неорганічні ліганди
- •I‑, іодид‑іон
- •I‑, іодид‑іон (продовження)
- •Io3‑, іодат‑іон
- •Io3‑, іодат‑іон (продовження)
- •Органічні ліганди: аміни
- •Органічні ліганди: карбонові кислоти
- •Органічні ліганди: амінокислоти
- •Інші органічні ліганди: оксими, тіоли тощо
- •Відновні напівреакції
- •Індикатори
- •61022, Харків, пл. Свободи, 4
Інші схеми систематичного аналізу катіонів
Сірководнева схема систематичного аналізу катіонів
а) назвіть групові реагенти і склад груп;
б) які властивості об’єднують катіони у групи?
Фосфатно-амоніакова схема систематичного аналізу катіонів
а) назвіть групові реагенти і склад груп;
б) які властивості об’єднують катіони у групи?
Які переваги та недоліки кислотно-основної, сірководневої та фосфатно-амоніакової схем систематичного аналізу?
Які органічні реагенти застосовують у якісному аналізі катіонів?
За якими реакціями виявляють катіони дробним методом?
Систематичний якісний аналіз аніонів
Які особливості якісного аналізу аніонів порівняно з аналізом катіонів?
Назвіть групові реагенти і склад груп систематичного аналізу аніонів.
Що таке «водяна витяжка» і «содова витяжка»?
Попередні випробування на присутність окисників, відновників, летких та нестійких сполук. Їх необхідність та суть.
Схема аналізу суміші аніонів 1-ї аналітичної групи.
Схема аналізу суміші аніонів 2 та 3-ї аналітичних груп.
Схема аналізу суміші аніонів 4 та 5-ї аналітичних груп.
За якими реакціями виявляють аніони CO32-; PO43-; CrO42-; BO2-; Cl-; Br-; I‑; NO2-; NO3-. Обґрунтуйте їх умови.
Які аніони перешкоджають виявленню PO43- за реакцією з молібдатом амонію дробним методом?
Які аніони можна виявити реакцією «сірчане печиво»? Як її застосувати, щоб виявити іон SO42-.
Чому іон I- окиснюється хлорною водою до IO3-, а Br--- іон не окиснюється до BrO3-?
Який склад реактивів Фаургольта та Грісса? Які продукти реакцій?
Модуль 1.
Приклади розв’язання задач
1.
Запишіть значення констант наступних рівноваг:
1) H2AsO4- HAsO42- + H+;
AgCNS↓ + 2CNS− Ag(CNS)3 2-;
SrCrO4↓ + H+ HCrO4− + Sr2+.
Розв’язок:
1) H2AsO4 HAsO42- + H+.
Це константа дисоціації мишякової кислоти за другим ступенем. З таблиць констант знаходимо:
AsO43‑, арсенат‑іон
H+ lg KH1 = 11,50, H = ‑27,6; lg KH2 = 6,96, lg KH3 = 2,24.
Враховуємо зв'язок між константами дисоціації та константами протонування:
Ka2 = KH2-1 =10-6,96
ЗДМ: Ka2 = .
2) AgCNS↓ + 2CNS− Ag(CNS)3 2-
Рівновага складається з двох процесів:
1) Рівновага розчинення осаду з константою добутку розчинності
1. AgCNS↓ Ag+ + CNS-, KS = 10-11,97
2) рівновага комплексоутворення з загальною константою 3
2. Ag+ + 3CNS- Ag(CNS)32-, 3 = K1·K2·K3 = 109,5
Сумарний процес:
AgCNS↓ + Ag+ + 2 3CNS-
Ag+ + CNS-+ Ag(CNS)32-, KS · 3 = 10-2,47
(константа сумарного процесу дорівнює добутку KS · 3 = 10-11,97 · 109,5 = 10-2,47)
ЗДМ:
3) SrCrO4↓ + H+ HCrO4- + Sr2+.
Це рівняння складається з:рівноваги розчинення осаду з константою «добуток розчинності»
SrCrO4↓ Sr2+ + CrO42-, KS =10-4,65
та рівноваги протонування: за першим ступенем
CrO42- + H+ HCrO4- , KН1 = βH1 = 103,17
SrCrO4↓ + H+ HCrO4- + Sr2+, KS · KН1 = 10-4,65 · 103,17 =
=10-1,48 =
2. Який з осадів випаде першим, якщо осаджувати суміш катіонів однакових концентрацій, с = 0,1 моль/л, (Ag+; Hg22+; Pb2+) IO3-?
Розв’язання. Запишемо рівняння закону діючих мас
AgІО3↓ Ag+ + ІО3-, KS = [Ag+ ] + [ІО3-] = 10-7,51;
Hg2(IO3)2↓ Hg22+ + 2 ІО3-, KS = [Hg22+]·[ІО3-]2 = 10-17,89;
Pb(IO3)2↓ Pb2+ + 2 ІО3-, KS = [Pb2+]·[ІО3-]2 = 10-12,61;
[IO3-]Ag+ = KS /[Ag+] = 10-7,51/10-1 = 10-6,51;
[IO3-]Hg2+ = (KS / [Hg2+])1/2 = (10-17,89/10-1)1/2 = 10-8,44;
[IO3-]Pb2+ = (KS /[Pb2+])1/2 = (10-12,61/10-1)1/2 = 10-5,65.
Відповідь: першим буде випадати Hg2(IO3)2↓, другим − AgІО3↓, третім − Pb(IO3)2↓.
3. Обчисліть рН насиченого розчину СО2, якщо його розчинність при 20 0С складає 2,2 г/л.
Дано:
S = 2,2 г/л
_______________
рН - ?
Розв’язання. Для розрахунку молярної концентрації використовуємо рівняння: , де, n – кількість речовини, m − маса, M = 44 − молярна маса, , V − об’єм розчину
, =0,05 моль/л,
H2CO3 СО2+ H2O
H2CO3 H+ + HCO3-, KН2 = 10-6,35;
C 0.05 - -
C -x +x +x
[ ] 0.05-X X x
ЗДМ: ;
x ,
рН = -lg 10-3,83 = 3,83.
Відповідь:рН = 3,83.
Задачі для самостійного розв’язання
Вправа 1. Обчисліть логарифми констант рівноваг
(1) Al(OH)3↓ + (j-3) OH- Al(OH)j3-j , для j = 1-4;
(2) Zn(OH)2↓ + (j-2) OH- Zn(OH)j2-j, для j = 1-4;
(3) Fe(OH)3↓ + (j-3) OH-, Fe(OH)j3-j , для j = 1-4;
(4) Ni(OH)2↓ + (j-2) OH- Ni(OH)j2-j, для j = 1-4;
(5) Cu(OH)2↓ + (j-2) OH- Cu(OH)j2-j, для j = 1-4;
(6) Cd(OH)2↓ + (j-2) OH- Cd(OH)j2-j, для j = 1-4;
(7) AgOH↓ + (j-1) OH- Ag(OH)j1-j, для j = 1-2.
Вправа 2. Знайти лінійні комбінації реакцій та величини логарифмів їх констант ЗДМ, що пояснюють такі спостереження:
1) AgCl(s) розчиняється у водяному NH3 ;
2) PbSO4(s) розчиняється у розчині NaOH;
3) BaSO4(s) перетворюється у BaCO3(s) дією розчину Na2СO3;
4) синій розчин Cr(OH)4‑ переходить у жовтий дією H2O2 у лужному середовищі;
5) BiI3(s) дає жовто-оранжевий розчин із надлишком розчину KI;
6) HgI2(s) дає жовто-оранжевий розчин із надлишком розчину KI;
7) білий осад Bi(OH)3(s) переходить у чорний дією розчину SnCl2 у середовищі HCl;
8) із розчину Hg(NO3)2 випадає сірий осад дією розчину NH2OHHCl у суміші HCl й надлишку водяного NH3 ;
9) із розчину Hg(NO3)2 випадає сірий осад дією розчину H2O2 у суміші HCl й надлишку водяного NH3 ;
10) Cu(OH)2(s) розчиняється у водяному NH3 ;
11) із суміші розчинів Cu(NO3)2 та KI випадає забарвлений осад, а з розчину можна вилучити І2 у розчинник СCl4, що не змішується із водою і І2 у якому дає фіолетовий розчин.
Вправа 3. Обчисліть рН розчинів:
1) фосфатної кислоти, H3PO4, якщо c(H3PO4) = 0,010 моль/л;
2) гідрогенсульфіду (сірководневої кислоти), H2S, якщо c(H2S) = = 0,10 моль/л;
3) розчину CO2 (вугільної кислоти), c(CO2) = 0,10 моль/л;
4) розчину SO2 (сірчистої кислоти), c(SO2) = 0,10 моль/л;
5) цитринової (лимонної) кислоти, C6H8O7, або H3L, c(H3L) = = 0,010 моль/л;
6) амоніаку, NH3, якщо c(NH3) = 0,010 моль/л;
7) метиламіну, CH3NH2, c(CH3NH2) = 0,010 моль/л;
8) піридину, C5H5N, c(C5H5N) = 0,010 моль/л;
9) ацетату натрію (сильної солі), NaAc, c(Na+) = c(Ac‑) = 0,010 моль/л;
10) форміату натрію (сильної солі), c(Na+) = c(НСОО‑) = 0,010 моль/л.
Вправа 4. Обчисліть за балансом реакцій розчинність у воді, враховуючи кислотно-основні перетворення:
(1) Ag2CO3↓+H2O AgOH +HCO3-;
(2) Ag3PO4 ↓+3H2O 3AgOH +HPO42-+2H+;
(3) BaCO3 ↓+H2O Ba2+ + HCO3-;
(4) PbCO3 ↓+H2O Pb(OH)+ + HCO3-;
(5) ZnS ()↓+H2O Zn(OH)+ + HS-;
(6) CaSO3 ↓+H2O Ca2+ + HSO3-;
(7) FeS ↓+H2O Fe(OH)+ + HS-;
Вправа 5. До розчину, що містить суміш катіонів:
1) ( Ag+, Ca2+, Pb2+) з концентрацією 0,01 моль/л додають аніон-осаджувач − карбонат (CO32-);
2) ( Ag+, Cu2+, Sr2+) з концентрацією 0,01 моль/л додають аніон-осаджувач − карбонат (CO32-);
3) ( Ag+, Hg22+, Pb2+) з концентрацією 0,01 моль/л додають аніон-осаджувач − хлорид (Cl-);
4) (Ba2+, Sr2+ Ca2+) з концентрацією 0,01 моль/л додають аніон-осаджувач − фторид (F-);
5) (Ag+, Ba2+, Ca2+) з концентрацією 0,01 моль/л додають аніон-осаджувач − сулфіт (SO32-);
1. Який із катіонів буде осаджуватись першим, другим, третім?
2. Вкажіть концентрації всіх катіонів на момент початку осадження кожного з них.
Вправа 6. Обчислити концентрацію іона:
[Fe3+] в 0,01 моль/л розчину FeCl3, до якого було додано 0,1 моль KCNS;
[Cd2+] в 0,01 моль/л розчину Cd(NO3)2, до якого було додано 0,1 моль KCN;
[Ni2+] в 0,1 моль/л розчину Ni(NO3)2, до якого було додано 1,0 моль NH3;
[Cu2+] в 0,05 моль/л розчину Cu(NO3)2, до якого було додано 1,0 моль NH3;
[Hg2+] в 0,1 моль/л розчину Hg(NO3)2, до якого було додано 1,0 моль KI.
Кількісний аналіз.
Методи хімічного аналізу